气密封装对光纤陀螺零偏误差和长期可靠性的影响

许保祥，熊 智，黄继勋

(1.南京航空航天大学自动化学院，南京211106;2.北京航天时代光电科技有限公司，北京100094

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光纤陀螺是利用Sagnac效应的一种全固态仪表,无运动部件,具有功耗低、可靠性高、抗冲击振动等特点,已成为惯性导航应用领域的主要仪表,广泛应用于航空、航天、武器系统等领域[1-3]。而随着潜艇、空间大型水面舰船等远程长航时导航与制导需求,应用环境越来越复杂,使用性能要求越来越精确,长期可靠性要求越来越高[1,4],有些型号要求光纤陀螺在复杂环境下能够服役15年[5]甚至更高。

光纤陀螺对温度和应力较为敏感,当光纤陀螺置于运载火箭、空间飞行器等远程长航时运载体上时,由于飞行时域、空域跨度较大,会经历大气紊流、风切变、空气密度变化等气压变化条件,导致光纤陀螺工作环境中应力场和温度场的变化[6-7],使得光纤陀螺的零偏产生漂移。为满足应用需求,需要提高光纤陀螺的气压变化适应性。为降低气压对光纤陀螺的影响,文献[8]采用了结构件间加密封圈的结构对光路进行封装,这种结构能够提高气压变化适应性,但产品质量有所增加,且也不是气密性封装,不能降低水汽对光纤的腐蚀。

光路是光纤陀螺的核心部件,它是由光学器件通过光纤连接形成的,光纤长度从几百米到几千米不等。作为脆性材料,光纤制作过程中会引入一些微裂纹缺陷[9],而光纤陀螺装配过程中也会因为拉伸、弯曲、扭转等负载产生应力导致光纤形成微裂纹,这些微裂纹会不断生长,最终使得光纤开裂或断裂。……